《高电压技术》word版.docx

绪 论1第一章电介质的极化、电导和损耗3§ 1 1电介质的极化3§ 1 2电介质中的电流和电导6§ 13电介质中的损耗7第二章电介质在强电场下的特性8§2 1气体中带电质点的产生和消失8§2 2气体放电过程的一般描述9§2 3均匀电场气隙的击穿10§2 4不均匀电场气隙的击穿13第三章气隙的击穿特性15§3 1气隙的击穿时间15§3-2气隙的伏秒特性16§3-3气隙的击穿电压19§3-4提高气隙击穿电压的方法21§3-6气体电解质中的沿面放电22第四章固体电介质和液体电介质的击穿特性22§4 1固体电介质的击穿机理22§42影响固体电介质击穿电压的因素23§4 3提高固体介质击穿电压的方法23§44固体电介质的老化24§45液体电解质的击穿机理25§46影响击穿电压的因素26§47提高液体电解质击穿电压的方法27§4 8液体电介质的老化27第五章 电气设备绝缘试验28§51测定绝缘电阻28§52测定泄漏电流29§53测定介质损失角正切tg830§54局部放电的测试32第六章 而寸压试验33绪 论高电压技术：电力系统中涉及过电压、耐压、 绝缘等问题的技术。如：雷击变电所、发电厂的过电压及防护措施绝缘材料的研制合闸分闸空载运行以及短路引起的过电压电气设备的耐压试验一、研究意义目前，随着科技的发展、经济的需要，输电电压等级越来越高，输电距离越来越长，电 网结构也越来越复杂。1. 为什么需要不断提高电压等级(1 )输电线路输送的电能S = U - I(2 )输送过程中的热耗Q = I2 - R - t可以看出，损耗Q与电流I的平方成正比，若想提高输电能力S而又维持一定的损 耗Q，必须提高输电电压U。2. 电网电压的发展历史(1 ) 18911920 年低压：100V，220V，380V高压：10KV，15KV，35KV，110KV，220KV存在的主要问题：雷击引起了大气过电压解决：发展了避雷针(线、器)，且多用于市区网络或近距离的输电。(2 ) 19501965 年发展了 330KV，500KV，750KV的超高压主要问题：内部过电压，电晕损耗增大(电晕防电是极不均匀电场所特有的 一种自持放电形式，其电流强度不取决于电源电路中的阻抗，而取决于电极外气体空间的电 导，只可能在电极附近的一个狭小区域内进行，如架空输电线路导线间)解决：能够限制内过电压的避雷器，采用分裂导线(3 ) 1970出现了 100KV及以上特高压等级网络美国AEP公司：1990年建成了 1500KV前苏联：1984年建成西伯利亚乌拉尔1150KV目前正在研究2000KV线路日本：1993年建成了新泻山梨的1000KV线路从电压等级的发展历史来看，在高压技术研究领域，主要存在以下问题：1. 绝缘配合问题2. 可听噪声(5560db)3. 静电效应<10KV/M，对生物无影响<12KV/M，对谷物无明显影响25100KV/M，血液成分将发生变化4. 无线电干扰5. 电晕损耗：与U成正比国内电压等级情况：220KV为干线，500KV (交、直流)为主干线，750KV1000KV为 发展目标。研究意义：如何将电能大容量、远距离、低损耗地输送，提高电力系统运行的经济效益， 防止过电压，提高耐压水平，保持电网运行的安全可靠性。二. 研究内容：1. 提高绝缘能力电压等级提高，需要相应的高压电气设备，要对各类绝缘电介质的特性及其放电 机理进行研究，其中气体放电机理是基础。电介质理论研究一一介质特性放电过程研究放电机理高电压试验技术一一高压产生、测量、检验，分预防性和破坏性2. 降低过电压雷击或操作一暂态过程一产生高电压一绝缘破坏一故障防止破坏一恢复研究过电压的形成及防止措施高电压种类：大气过电压内部过电压一一操作过电压，暂时过电压3. 绝缘配合使作用电压的数值、保护电器的特性和绝缘的电气特性之间相互协调以保证电气装置的 可靠运行与高度经济性。三. 学习要求与电工及物理的基础理论，如电介质理论、电磁场理论、电路中的瞬变理论相关。内容 涉及面广，经验公式多，文字叙述多，试验数据、图表多，实践性强第一章电介质的极化、电导和损耗§ 1 1电介质的极化一. 电介质简介1. 定义：电介质是指通常条件下导电性能极差的物质，云母、变压器油等都是电介质。电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。2. 电介质的极化电介质分子电结构不同，可方法分为：无极分子，如CH 4；有极分子，如H2O 有极分子取向极化无极分子位移极化电介质的侧面出现束缚电荷解释：(1 )是束缚电荷而不是自由电子(2) 是有限位移而不是电荷流通，不产生电流(3) 内部电荷的总和仍为零，但由于外电场的作用对外显现电场力二. 电介质极化的基本类型1 .电子位移极化：就是在外电场的作用下，电介质粒子中电子轨道变形(偏移)而引 起了感应电矩。特点：(1)此种极化存在于一切电介质中(2) 完全弹性，不引起能量损耗（3）是瞬时建立的（约1 0-1410-15 S）,即与外加电场的频率无关（4）单元粒子的极化电矩与温度无关（热运动不改变粒子半径）；温度可改变介质 密度，使介质的电子位移极化率随之变化。2. 离子位移极化：由离子结合成的电介质，在外电场的作用下，除各离子的内部产生电子位移极化外，还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为离子位移极化。特点：（1）存在于离子结构介质中，如：云母、陶瓷、玻璃等（2）极化完成时间极短（约1 0-1210-13S），几乎与外电场频率无关（低于红外线）（3）有极微量的能量损耗（4）极化率随温度升高而。增大温度f一体积f一离子间距f一离子间作用力I3. 转向极化：极性介质在外电场作用下，每个分子的固有偶极矩有转向与电场平行的趋势，受分子热运动的干扰，在某种程度上达到平衡，对外呈现宏观电矩。特点：（1）存在于极性电介质中，如：液体（水，乙醇），固体（纤维，涤纶）（2）极化过程需要较长的时间（约1 0-610-2S）ff转向不充分（跟不上电场的变化）一极化率I（3）伴有能量损耗（电场能一热能）（4）与温度的关系Tf分子间联系紧密一转向困难一极化率I Tf分子间联系较松一转向较易一极化率fTff分子运动剧烈一排序困难一极化率4. 空间电荷极化（夹层极化）上述三种极化都是由于带电质点的弹性位移或转向而形成的空间电荷极化是由自由电荷（通常为离子）在电场中的运动所形成的。在不均匀电介 质中或电介质中有晶格缺陷时，电场的作用使带电质点在电介质中移动，可能被晶格缺陷俘 获或在两层电介质的界面上堆积，造成电荷在介质空间中新的分布，从而产生电矩。 实际意义：高压设备绝缘中往往采用不均匀介质材料或复合型电介质 其本质可用夹层极化来说明，现以两层电介质模型为例 等效电路为：设C1 =1，G1 =2，C2 =2，G2 =1，U=3 （单位略）分析：（1）在合闸瞬间，电流流过电容，电阻相当于开路+2 -2+2-2C1C2U1 =C2U2 =C1Ceq =C1/(C1 +C2 ) *U=2/(C1 +C2 ) *U=1C2 /(C1 +C2 )=2/3Qeq =Ceq 大 U(2)经过一段时间达稳态后大U=2=后，电流流过G 1 、G 2 ,电容相当于开路+1 -1+4-4C1C2U1 +U2 =U=3U1 G1 =U2 G2一U1 =1,U2 =2Q1 =1,Q2 =4Ceq =Qeq /U=4/3C1和C2分界面上堆积的电荷量为+4 1=+3夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值电容的增大，这就是夹层极 化效应。特点：(1)存在于复合介质、不均匀介质中C1 /C2 =G1 /G2电介质不均匀性的条件，双层电介质中存在空间电荷极化的条件。此时， 初始电压分布不等于稳态电压分布，会引起电荷的重新分配。a.吸收电荷：两层介质分界面上积累的电荷 Q = Q2稳态一Q1稳态b.吸收电流：在吸收电荷积累过程中形成的电流(2) 极化过程很缓慢(1/几十秒几分钟几小时)夹层介质界面上电荷的积累通过介质G完成，高压绝缘介质G小所以极化慢。 只在低频下有意义。(3) 此种极化伴随着能量损耗小结：四种极化结构上分别为电子结构、离子结构、分子结构，极化时间、温度影响、能耗 影响很大。三. 电介质的介电常数电极间为真空时Q°=C0U电极间放入介质后Q = Q +Q = CU补偿电介质极化产生的束缚电荷1 .定义：相对介电常数£r =C/C物理意义：相对真空时感应电荷(电容量)变化的倍数。真空e r=l，空气e r=l，其余£ r>l2. 影响£r的因素：极性介质的er受温度、频率影响较大3. er在工程实际上的意义(1) 不同应用场合，对er大小的要求不同(2) 在交流及冲击电压作用下，多层串联介质E与er成反比§1-2电介质中的电流和电导-电介质中的电流介质加直流电压后测得电流为=ia +ig +ici a夹层极化的吸收电流ig泄漏电流ic位移极化电流吸收现象的意义：对判断绝缘是否受潮很有用二.电导1. 定义：在电场的作用下，由带电质点(电子、正负离子)沿电场方向移动而造成的。 要点：带电质点主要是正负离子，也称离子式电导，与金属电导有本质区别。指标：用电导率Y(s/cm)表示，Yff泄漏电流大2. 电介质电导与金属电导的本质区别(1) 带电质点不同：电介质为带电离子(固有离子，杂质离子)；金属为自由电子(2) 数量级不同：电介质的Y小，泄漏电流小；金属电导的电流很大(3) 电导电流的受影响因素不同：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素3. 影响电介质电导的因素气体电介质与游离有关液体和固体电解质(1 )温度：温度f a.热运动加剧f迁移率fYfb.分子或离子热离解ffYf经验公式 Y=Ae-B/T(2)电场强度E<Eo时，Y几乎不变E>Eo时，Y与E呈指数关系(3) 杂质中性介质的电导一般主要由杂质引起(离子数f)fYf固体介质受潮(加入强极性杂质)一Yf4 .固体介质的表面电导除体积电导外介质还有表面电导一一由于介质表面吸附一些水分、尘埃或导电性的化 学沉淀物形成的水分起着特别重要作用。亲水性介质(玻璃、陶瓷)表面电导大憎水性介质(石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯)表面电导小§13电介质中的损耗一. 定义在交流电压作用下，电介质中会产生电导电流和位移电流，电介质的部分电能将转变为 热能，这部分能量损耗称为介质的损耗。二. 分析电介质等效电路为进一步简化并联等值电路及矢量图串联等值电路及矢量图在并联电路中tgS = IR/Ic=(U/Rp )/"Cp =1/3CpRpP = UIcos = UIR =UIC tgb=U23Cp tgS在串联电路中' C'tg6=wCgRsP = U23Cs tgS/(1 + tg2 S)所以、Cp=Cs/(1+ tg2 S)因为 tgS远小于1,所以Cp=Cs=CP=U23CtgS可见，在其他各值给定的情况下，P取决于介质的tgS。可用交流电桥测出tgS、R等参数。tgSf能量损耗大一绝缘电阻RI 判断绝缘材料有受潮、劣化、气泡现象 三.影响tgS的因素中性或弱极性介质的损耗主要由电导引起，tgS较小极性介质中除电导损耗外，还有转向引起的极化损耗，tgb较大，而且与温度频率有关。图2 12本章小结：介质的三个特性：极化、电导、损耗三个指标：£r、Y、tg 6三个要点：夹层极化的条件，电介质电导与金属电导的区别，介质的电流成分常用高压工程术语击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。放电：气体绝缘的击穿过程。闪络：沿固体表面的放电（亦称沿面放电）电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。击穿电压（放电电压）Ub （kV）：使绝缘击穿的最低临界电压。击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Eb（kV/cm）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。 E b =Ub/S（S :极间距离）一般在常压大气中，Eb= 30kV/cm，当 S为cm时Eb =500kV/cm，当S接近m时常见电场的结构均匀场：板一板稍不均匀场：线一线对称场不均匀场：棒一棒-棒一板不对称场第二章电介质在强电场下的特性iff§2-1气体中带电质点的产生和消失一.带电粒子的产生（电离过程）气体中出现带电粒子才可在电场作用下发展成各种气体放电现象碰撞电离气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离条件：（i）撞击粒子的总能量被撞粒子的电离能I动能、位能无电场时，动能小有电场作用，带电粒子在电场方向加速，但离子体积大，易碰撞 损失动能，所以电场中造成碰撞电离的主要因素是电子。 一定的相互作用的时间和条件通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换光电离在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子由光电离而产生的自由电子称为光电子必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能光子来源：紫外线、伦琴射线、Y射线、宇宙射线气体本身反激励，异号粒子复合也产生光子光电离在气体放电中很重要热电离气体的热状态造成的电离，实质仍是碰撞电离和光电离，能量来自气体分子的热能。Tfi分子动能fi碰撞电离Tf-热辐射光子的能量、数量fi光电离热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合高温时，气体分子分解或化合，电离能将改变表面电离气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。游离需要能量，称逸出功，小于电离能获得逸出功的途径：热电子发射：金属电极加热，分子动能f强场发射或冷发射：电极加上强电场二次发射：高能量粒子撞击金属电极表面短波光照射金属表面负离子的形成中性分子或原子与电子相结合，将放出能量一一亲和能EE大，易形成负离子负离子现象对气体放电的发展起抑制作用二. 气体中带电粒子的消失1 .中和受电场力作用流入电极，中和电量2. 扩散带电粒子由高浓度区向低浓度区移动，使空间各处的浓度趋于均匀的过程。由热运动造成3. 复合带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递，中和而还原为中性粒子的过程。复合时异号粒子的静电力起重要作用三. 游离和复合的关系游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于绝缘；复合过程放出能量，使带电质点 减少消失，有利于绝缘。两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程度不同。游离主要 发生在强电场区、高能量区；复合发生在低电场、低能量区。§2-2气体放电过程的一般描述i. 外加电压很小时，气隙中的电流是由外界因素所造成的电子和离子所形成的。随电压 f，这些质点中和后，电流饱和，仍有极微小的泄漏电流。2. 场强高达某一定值后，气体发生连续的碰撞电离，向雪崩似的增长，称电子崩。电流 大增3. EVEcr （临界场强：由非自持放电转入自持放电的场强）时，电子崩有赖外界游离 因素，为非自持放电。4. E>Ecr时，电子崩仅由电场的作用而自行维持和发展，为自持放电。5. 此后的发展随电场情况不同均匀电场一气隙击穿不均匀电场：自持放电形成电晕Uf火花击穿（S小）一刷形放电（S大），Uff火花击穿电源功率大时，火花击穿迅速变成电弧§2-3均匀电场气隙的击穿要点：气隙的击穿就是各种形式的游离持续发展的过程，条件不同（影响最大的是5-S值。 b：气体的相对密度，S：极间距离），各种游离所起作用的强弱不同，气隙击穿的机理也 就有不同。（1）当5-S值较小时，电子的撞击游离和正离子撞击阴极造成的表面游离起主要作用， 气隙击穿电压大体是5-S值的函数一一汤森德机理，bSVO. 26 cm（2）当S-S值较大时，实验表明，数据、现象与汤森德机理有矛盾，提出流注机理一、bS值较小时气隙的击穿过程（汤森德机理） 汤森德机理适用范围：低气压、短间隙、直流电压、均匀电场中的放电过程（S-S< 0 . 2 6cm）描述撞击游离和阴极表面游离的系数系数a：表示一个电子由阴极到阳极每1cm路程中与气体质点相撞击所产生的 自由电子数系数B：表示一个正离子由阳极到阴极每1cm路程中与气体质点相撞击所产生 的自由电子数系数Y：表示一个正离子撞击到阴极表面时使阴极逸出的自由电子数气隙击穿的条件（汤森德机理）n0 n x dx+在平行板电极均匀电场中设最初从阴极表面游离出一个初始自由电子（由外界因素形成），即n0 =1。此电子 在电场作用下向阳极运动，不断撞击游离，到x处时游离出的总电子数为n，这些电子继续 运动dx距离，游离出dn个电子。即：dn=andx x = 0 处，n = n0=1x = S 处，n = na边界条件 dn = andxdn/n = a*dx积分 n = eaxa与x无关（各处场强相等），且n（x = O）=nO所以n = nO eadx =eadx一个自由电子由阴极到达阳极时，撞击出的自由电子数：n a =eas撞击游离产生的正离子数（新电子数）n+ （ S ） =easl正离子撞击阴极表面游离出的新的自由电子数：（easl）Y所以（eaS l）Y>=l自持放电的条件（不需要外界游离因素的存在可致气隙击穿）帕邢定律的理论论证帕邢定律：击穿电压Ub=f（bs）（与S-S的积有函数关系）1 9 8 9年由实验结果总结出1. 论证：自持放电条件（eas 1）.Y>=1,a、Y的值与气体的压强、温度、场强、电极材料和表面状态等有关系设电子与气体分子相邻两次撞击之间的平均自由行程为入e，则电子沿电场方向迁移1c m与气体分子撞击的平均次数为1/入e相邻两次撞击之间电子聚集能量大于气体分子游离能Uy的几率为e-w/E"（E为场强，Uy /E = Xy为撞击时可产生游离的电子至少在电场方向迁移的距离）由a的定义，a=（1/入e ）e-uy/E"对特定的气体介质，电子的平均自由行程入e与该气体的b成反比，即i/e=Ab（A为比例系数），所以a=A,6«e-B-8/E ， B = A*6由自持放电条件（eas1）Y = 1一 as=ln（1/Y+1）当气隙击穿时，E = Ub /s（Ub为均匀电场气隙击穿电压）综上，得：Abse-B6，s/ub = ln（1/Y + 1）即： Ub=Bbs/lnAbs/ln（1/Y + 1）= B8s/lnA8s/ln（1/Y）l= f（ss）Y可视为常数时（Y取二次对数，Ub对Y不敏感），Ub与bs的积有函数关系。2. 实验曲线3 3 0 kV75e5cm» bs(cm)当 S-S = 75e-5cm时，Ub 有最小值Ubmin = 3 3 0 kV 解释：设S不变 Sf-Xe短，聚能少，有效碰撞几率小-Ubfb|f入e长，但气体分子少，碰撞少 Ubf两者之间有Ubmin实用意义：将气隙抽真空或加大气隙气压，均能提高气隙的绝缘强度（Ubf）设S不变 Sf-得一定的E，必须UbfSl-E大，但电子在全程中的碰撞次数少，必须Ubf 汤森德放电机理的局限性当气隙气压升高至大气压，SS过大时，汤森德机理存在不足：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间阴极材料（Y）对放电电压影响不大二. （流注机理）SS值较大时气隙的击穿过程流注机理认为电子的碰撞游离和光游离是形成自持放电的主要因素，并强调空间电荷 畸变电场的作用1 .适用范围：大气压、短间隙、不均匀、均匀电场中的放电过程2. 放电过程的三个阶段电子崩阶段当外加电压不是很高时。电子在奔向阳极的途中，不断地发生撞击游离，形成电子崩，崩内的电子数和正离 子数随电子崩发展的距离按指数规律急剧增长。电子在崩头并扩散成球形，正离子滞后在崩 尾。空间电荷将使电源电场畸变。当电场畸变严重时（电子崩快走完间隙时，崩头电子和崩尾正离子总数很高），崩 头的强烈游离伴随反激励，放出光子，同时，中部弱电场中的复合也放出大量的光子，在崩 尾强化了的电场中形成许多衍生电子崩。流注阶段衍生电子崩和主崩汇合后，形成正负电荷的混合通道，称为流注通道，这种现象称 为流注。其中的电子大多形成负离子，周围加强的电场中不断产生新衍生崩并汇入主崩尾部。 就一个衍生电子崩的方向来看是向着阳极推进的，但从整个间隙的放电发展来看，衍生电子 崩却是一个一个的向着阴极扩展的，称为正流注（从正极出发的）。主放电阶段当流注通道发展到接近阴极时，通道端部与阴极间的场强急剧升高，再着区域内发生 在这区域内发生极强烈的游离，大量电子沿流注通道流向阳极，在通道内发生热游离（几千 度），放电就由流注过渡到火花或电弧的形式（电源功率大小决定），间隙击穿。可见：流注过程是由于空间电荷的存在积累到一定数量，引起电场畸变，由光电子衍生出 新的电子崩，流注发展，产生伴有强烈热游离的主放电，最后导致间隙击穿。3. 阴极流注当外加电压足够强时，主崩不需经过整个间隙距离就可发展流注。主崩头部局部电场 最强，极易发展衍生电子崩，其后，主崩头部的电子和衍生崩尾的正离子形成混合通道。这 些新的衍生崩与主崩汇合成迅速向阳极推进的流注，称为负流注。起源也是光电子。正负流 注同时发展，还可出现分支。§2-4不均匀电场气隙的击穿电力工程中大多是不均匀电场，其气隙的击穿有显著的极性效应和较长的放电时延，因 而与所加电压波形有显著关系。长、短间隙的放电过程不一样，雷电是特长间隙的冲击放电。 击穿过程中还存在不同形式的局部放电（电晕、刷形）不均匀电场，大多数不对称：尖一板，线一板少数对称：尖一尖，线一线用流注机理分析一. 短间隙的击穿如尖一板不均匀电场中气隙的击穿有很强的极性效应1 .正棒负板：电子崩是从场强大的区域向场强小的区域发展，很有利。电子崩的电子立即进入正棒极， 使前方电场被留下的正离子加强，造成发展正流注的有利条件。流注形成后，头部仍为正电 荷，使流注进一步向阴极发展。正流注的发展是连续的，速度很快。2 .负棒正板：初崩先经过强场区，场强愈来愈弱。初崩留下的正空间电荷增强负尖极电场，但削弱 前方电场。必须升高电压，使初崩通道发展成流注通道，才能产生二次电子崩。这样负流注 的发展是阶段式的，平均速度比正尖极流注小。当正负流注发展到对面电极时，间隙被充满正负离子混合质的、大电导的通道所贯穿。 在电源电压作用下，间隙内发生更强烈的游离，通道的电导和温度急剧增大，通道失去绝缘， 气隙击穿。二. 长间隙的击穿棒一板电场为例三个阶段：1 .电晕放电，2.先导放电，3.主放电当外加电压升高，棒电极附近的场强E足够大时，棒极附近出现局部自持放电现象，称 为电晕，此时的间隙电压称为电晕起始电压（起晕电压）。不均匀电场中，一般U电晕Ub， 先导过程有很强的极性效应先导通道：继流注之后发展起来的二次过程，通道中伴有热游离。在通道前方由于热游离而 形成炙热的等离子体通道，其电导极大，但轴向场强很小，可看作棒极向板极的延伸先导放电：先导通道的不断伸长、发展即形成先导放电。1 .正先导过程正棒极附近极高场强使其附近发展电子崩、流注，大量的电子进入正棒极，使棒极附近 的电流密度增大，温度很高（1 0 4 K），发生强烈的热游离，形成先导通道，将棒极电位 带到通道前端，加强前方电场，发展新流注，使通道不断延伸，到达对面电极。先导通道外是正空间电荷套，径向场强很小，电流很小。2. 负先导过程大量电子向远离负棒极的方向移动，崩头附近由于大量正空间电荷的存在使电场削弱， 不足以产生撞击游离；棒极附近的正空间电荷使其附近的电场加强，产生强烈游离，并伴有 热游离，形成先导通道。但前方空间中大量的负空间电荷（迁移慢）在通道前端形成相当强 的反向电场，使电场减弱，通道发展停滞。一段时间后，通道前端的负空间电荷被电场力逐 渐驱散，先导通道又向前发展，并重复第一阶段的过程。这样的过程可重复多次，使负先导通道的前进有分级的特性。当发展到贯穿阶段时，从迎面电极形成正先导。大正、负先导发展过程的区别：正先导的发展加强了前方电场，使先导通道易于延伸，较负先导过程快负先导的发展中，由于电子在向正极的行进中，形成了负离子，这些负空间电荷使先 导通道分级、停滞，过程较慢大长间隙火花放电较短间隙火花放电的本质区别：炙热的导电通道是在放电发展过程中建立的，而不是在间隙两极短路之后建立的，因 此，长间隙击穿的平均场强远低于短间隙的。3. 主放电过程在先导通道接近板极时，场强剧增，发生强烈的放电过程，并沿先导通道的反方 向扩展，同时中和先导通道中多余的空间电荷，这个过程称为主放电过程。主放电把先导通 道改造成火花通道(电弧通道)，气隙击穿。三. 雷电放电1 .概述雷云对大地一一造成雷害事故的主要因素类型：雷云对雷云雷云内部方向分：上行雷一一接地体激发出，向雷云发展下行雷一一雷云中产生，向大地发展雷电的极性：由流入大地的电荷的极性决定，9 0%为负性雷雷电流通过被击物体流入大地，电流脉冲在被击物体阻抗上的压降形成冲击电压2 .三个阶段(1 )先导放电：延续约几毫秒，先导通道逐级向下发展，高电导，高温，最高电压可达1010 0 kVo(2 )主放电：先导通道的前端接近被击物体时，场强较大，空气间隙击穿，巨大的电流导入大地(几 百千安)，并在与大地的反向电荷中和时释放能量，伴有巨大的轰鸣和突发亮光。造成雷电 放电的最大破坏作用(3 )余光放电：主放电后，剩余电荷沿雷电通道继续流向大地，形成电流幅值衰减的几次较小的放电，并伴 有相对较弱的亮光3 .后续分量原因可能是雷云中存在几个电荷聚集中心主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的 主要因素在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一四. 电晕放电1 .电晕的形成：在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，当外加电压和平均场强还较低时， 在电极尖端附近的局部场强已很大，足以产生强烈的游离。但由于电极较远处的场强仍很小， 所以次游离不能扩展。伴随着游离过程，存在着正负离子的复合和反激励，发出大量的光辐 射和“丝丝”的声音以及兰色的晕光，这就是电晕。2 .分析(1 )电晕与导线尺寸的关系导线表面场强 E=U/(rlnD/r)D线间距离起晕场强 Ec = 30 m6(l +0.3/( Vr*6 ) k V/ cmm粗造系数，b电流密度.起晕电压Uc =Ec (rlnD/r)随输电线路电压升高，电晕严重P8U2-I=(P/U)U导线截面 A=(I/6)U f rVAVUE“VU(8U/r )可见：U等级高时，E可超过EcIE的方法：a.fD， b.fr(2 )电晕损耗与导线表面状况及天气状况有关3. 电晕的危害有声、光的产生和能量损耗；产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成无线电干扰;使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属器具。有利的一面：可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值和陡度，除尘，负氧离子发生器小结：l .汤森德机理：适用范围，自持放电条件2. 流注机理：适用范围，三个阶段3. 汤森德与流注的异同点同有电子崩产生新电子的途径不同，适用范围不同4. 不均匀电场放电：三个阶段，极性效应5. 雷云放电的三个阶段6. 电晕放电第三章气隙的击穿特性§3-1气隙的击穿时间气隙的击穿有一个最低静态击穿电压U。，但外加电压不小于U。仅是气隙击穿的必 要条件，欲使气隙击穿，还必须使该电压持续作用一定的时间。.静态击穿电压。0使气隙击穿的最小电压.击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间电压从零升到静态击穿电压U 。所需的时间2. ts（统计时延）：从电压达到U°的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间3. tf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间有效电子一一能发展一系列的游离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。自由电子有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡影响t的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压 fls的特点：根据电场的不同，）在短间隙、均匀场中t t 一 t4. t （放电时延）：t =t +tf七具有分散性和随机性ts即：均匀电场的放电时延q主要是产生有效电子的时间，ts的长短具有统计性质，可取其平均值1s（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使tft 一 t =tf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分§3-2气隙的伏秒特性对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。为此，需对各种电压的 波形制定统一的标准（GB311.3-83） 一.标准试验电压波形1 .直流电压大多由交流整流而得，波形有脉动脉动系数=脉动幅值/电压平均值；最大值与最小值之差的一半规定：脉动系数=3%2. 工频交流电压波形近似为正弦波，正负半波相同，峰值与有效值之比应为"2,偏差不超过5%3. 雷电冲击电压：模拟雷电过电压分为：全波截波一一雷电冲击波被某处放电而截断的波形(1) 全波：非周期性冲击电压，很快到峰值再逐渐下降作图：取峰值= 1.0,0 . 9B点，0 . 3A点，0 . 5J点，连AB线，交1.0于F点，交横轴G点。GF波前T = CDT1=GH视在波前时间T1 / T=(1.0 0.0)/(0.9 0.3)T 1=T/0.6 = 1.67TT2 =GK视在半峰值时间波形有振荡时，取平均曲线。规定：波形参数为 T1 =1.2us + 30%T2 =50us+20%峰值允差 ±3%(2) 截波截断时间Tc : GH段截波峰值U：截断前的电压峰值截断时刻电压U.:截断时实际电压截波电压骤降视在陡度：CD线斜率电压过零系数u2 /uC规定：T =25ns Cu2 /uC = 0.3(0.250.35 范围内)4. 操作冲击电压随电压等级、系统参数、设备性能、操作性质、操作时机等因素而变化。用长波 尾的非周期性冲击波来模拟规定：波前时间Tcr = 250us±20%半峰值时间T2 = 2500us±60%峰值允差±3%9 0%峰值以上持续时间Td未做规定不适用时，推荐采用100/2500 rs， 500 / 2500 us二.伏秒特性曲线对某一定的非持续作用的电压波形，气隙的耐压性能需用外加电压的峰值和击穿时间共 同表示，这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性.在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下气隙可能击穿，而在峰值较高但延续时间 较短的冲击电压作用下气隙可能不击穿。伏秒特性：在电压波形一定的情况下，气隙击穿时的外加电压峰值与击穿时间的关系Ub =f（tb ）1 .作法保持一定的波形而逐级升高电压，以示波图来求取。电压低击穿发生在峰值过后时， 峰值作纵坐标；击穿发生在波峰时，即为伏秒特性的点；击穿发生在尚未到峰值时，击穿时 电压值作纵坐标。2. 特点（1 ）伏秒特性有分散性，为一组曲线，代表不同击穿几率（同一气隙在同一电压作用下， 每次击穿时间不完全一样）。W=0 下包络线，其左方完全不击穿w=1 上包络线，其右方完全击穿一般取W=o . 5（50%曲线）为平均伏秒特性（2）曲线形状与电场的均匀性有关，如图均匀场，曲线低且平坦，上翘范围小均匀场、短间隙各处场强相差不大，某处达到自持放电值时放电很快贯穿整个间隙 一 击穿时间短；在均匀场中，七=七，若击穿电压幅值稍降低一 t加长 一tb加长一曲线平坦.不均匀电场，曲线较高且陡间隙大的不均匀场，由于电场分布的不均匀性，使击穿时间tb加长，若保证 与均匀电场相同的击穿时间，需加大电压幅值 一 曲线高；放电时延由 tf决定，电压幅值的变化对tf影响很大 一 曲线陡.4. 实用意义图（1 ）： A设备，B保护间隙图（2 ）：保护间隙的伏秒特性曲线（B ）低于设备的曲线（A ），能保护设备图（3 ）：间隙曲线B较陡，间隙在交叉点C前不能保护设备，在C后能保护设备曲线A、B形状可以改变，若曲线B过低，运行不安全；但若抬高曲线A，将会增加经 济投入。可见，若保护间隙是不均匀场，其伏秒曲线较陡，只能保护不重要设备。保护间隙在实际应用中的主要缺点：不均匀场伏秒特性陡，不能进行全电压保护灭弧能力差，工频续流造成线路接地或短路有截断波，易损坏设备绝缘4.5 0%击穿电压%在一定波形的冲击电压作用下，外加电压的幅值变化，导致间隙击穿概率为5 0%时的 电压称为。5w (不考虑电压作用时间).u球 接近伏秒特性带的最下边缘，可用U5W代替最小冲击放电电压；u5°%放电时间较长，已接近静态放电临界电压UqO5.2us冲击击穿电压某气隙在该电压作用下会产生击穿放电，其击穿前时间小于和大于2us的几率各为50%.即：5 0%曲线与2us时间标尺相交点的电压。§3-3气隙的击穿电压一. 气隙击穿电压的几率分布气隙的击穿电压有一定的分散性，经研究，气隙击穿的几率分布接近正态分布，因此，